EP2750922B1 - Verfahren und vorrichtung zum laden eines energiespeichers eines fahrzeugs - Google Patents

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EP2750922B1
EP2750922B1 EP12759363.0A EP12759363A EP2750922B1 EP 2750922 B1 EP2750922 B1 EP 2750922B1 EP 12759363 A EP12759363 A EP 12759363A EP 2750922 B1 EP2750922 B1 EP 2750922B1
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EP
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charging
voltage
vehicle
current
measured
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Bernhard Ott
Michael Keller
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Volkswagen AG
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for charging an energy store of a vehicle using an externally supplied voltage.
  • the US 2011/163716 A1 describes a vehicle with a traction battery and a battery charger. If the battery charging device is connected to an electrical voltage source, the battery charging device provides the traction battery with a current with a nominal value which varies as a function of the temperature of the battery charging device.
  • the battery charger can control a setpoint value for an output voltage and for an output current. In addition, the battery charger can determine whether its current state of charge is equal to a target state of charge.
  • the EP 2 309 617 A1 discloses a charging system for a vehicle to charge an energy storage device of the vehicle with energy supplied from an external energy source.
  • the charging process of the energy storage device is controlled as a function of a voltage and a current of the external energy source.
  • the CA 2 648 972 A1 describes charging a battery of a vehicle by means of an external charging device.
  • an amount of a current and / or an energy that is supplied to the battery can be controlled by changing a voltage.
  • charging of a battery for an electric vehicle is controlled by generating a charging completion signal when the battery voltage drops below a predetermined voltage.
  • the US 2008/0007202 A1 describes a charging system for a vehicle in which the start of the charging time and the charging time are determined.
  • the US 2004/0169489 A1 describes the charging of batteries. An open circuit voltage is measured in order to determine a power level for charging. This level of performance is increased until a current or voltage limit is exceeded.
  • the DE 10 2005 011 081 A1 describes a method for recognizing whether an external voltage is applied to an accumulator, for which purpose the accumulator voltage is separated from the output of the accumulator at time intervals.
  • the DE 35 28 476 A1 discloses charging a traction battery. In order to follow a charging characteristic curve, the charging current and charging voltage are measured.
  • a driver of an electric vehicle charges a high-voltage battery in his vehicle using a charging device that is not his own, the driver must limit the charging current to avoid damage to the charging device, e.g. due to excessive heat generation during the charging process. If the driver cannot find out a maximum charging current, which defines the maximum charging current to be generated by the charging device, the driver must charge the vehicle with the lowest possible charging current for safety reasons, which disadvantageously extends the charging process accordingly.
  • the present invention therefore has the task of carrying out the charging process in the shortest possible time, even by means of an unknown external charging device.
  • this object is achieved by a method for charging an energy store of a vehicle according to claim 1, by a device for charging an energy store of a vehicle according to claim 6 or by a vehicle according to claim 8.
  • the dependent claims define preferred and advantageous embodiments of the present invention.
  • a method for charging an energy store of a vehicle via a charging device is provided.
  • a voltage provided by the charging device in particular an alternating voltage, is measured at a connection of the vehicle.
  • a charging current which is provided by the charging device and with which the energy store is charged is set as a function of the measured voltage in such a way that the power loss during charging is limited.
  • the heat generation due to the power loss in the charging device or in the vehicle is also limited accordingly. If, for example, a threshold value for the power loss is set accordingly, and the charging current is set in such a way that the power loss during charging remains below this threshold value, the heat development can be limited accordingly, which advantageously prevents damage to the charging device or the vehicle with a suitable choice of the threshold value and yet a correspondingly large charging current (depending on the threshold value) is generated in order to charge the energy store in a reasonable time.
  • a charging device is understood to mean a device which provides the vehicle with a voltage. This can also be a normal socket.
  • the voltage at the connection is measured as a no-load voltage in an unloaded state of the charging device.
  • the voltage currently present at the connection which is set as a function of the charging current, is measured.
  • a difference is then determined between the open-circuit voltage and the voltage currently measured at the connection, and the charging current is regulated or set as a function of this difference.
  • the charging device is in an unloaded state when the charging current is zero.
  • the power loss that results from charging in the charging device and / or in the vehicle depends on the product of the difference (voltage difference) and the charging current. Since this difference is kept correspondingly small by a corresponding regulation or setting of the charging current, the power loss in the charging device is accordingly kept correspondingly low.
  • the measurement of the open-circuit voltage i.e. the measurement of the voltage at the connection of the vehicle in the unloaded state can be repeated at predetermined time intervals in order to be able to take into account fluctuations in the voltage provided by the charging device.
  • a ratio V is determined from the difference dU between the open-circuit voltage U R and the voltage U currently measured at the connection to the open-circuit voltage U R according to the following equation (1).
  • the charging current is set in such a way that this ratio V is kept in a range from 1% to 5%, preferably at 3%. It applies here that the difference between the open-circuit voltage and the voltage currently measured at the connection is greater, the greater the charging current is set.
  • the ratio V is kept at a certain percentage, this means that the voltage currently measured at the connection has dropped by this percentage compared to the open-circuit voltage.
  • the percentage of 3% is just defined as a permissible voltage dip.
  • the charging current is reduced to 0 or the charging process is interrupted.
  • the predetermined voltage threshold value can be selected, for example, such that it lies in a range from 90% to 95% of the no-load voltage. If this occurs that the measured voltage falls below the voltage threshold and the charging process is interrupted, e.g. the driver will be informed.
  • a charging current pulse is generated and a time profile of the voltage at the connection is recorded while this charging current pulse is generated.
  • a line resistance be determined in particular within the charging device.
  • the charging current is then set as a function of this line resistance determined in such a way that the power loss within the charging device is regulated to an optimum.
  • a resistance R can be calculated using the following equation (2).
  • R. you I.
  • I corresponds to the amplitude of the current pulse and dU is the (maximum) voltage difference that occurs due to the generated current pulse.
  • the calculated resistance R is then compared with a standard resistance value SR, which can be calculated using the following equation (3).
  • SR ⁇ ⁇ l A.
  • p is the specific resistance (unit [ ⁇ mm 2 / m])
  • l is the line length
  • A is the line cross-section of a charging cable via which the energy storage device is charged.
  • the calculated resistance is compared with the standard resistance and the charging current is set depending on this comparison.
  • the charging current should be set so that the calculated resistance multiplied by a predetermined factor (e.g. 1.01 to 1.4) is not greater than the standard resistance (e.g. when the amplitude of the charging current corresponds to the amplitude of the current pulse).
  • Another method for charging an energy store of a vehicle is also provided. According to this method, the power loss when charging the energy store is determined and the charging current is set when charging the energy store as a function of this power loss.
  • This further method also makes it possible to set the charging current in such a way that the power loss within the charging device is regulated to an optimum.
  • Regulating the power loss within the charging device to an optimum within the scope of this invention means in particular that the power loss is set in such a way that a voltage drop in the voltage provided by the charging device at the connection of the vehicle corresponds as precisely as possible to a predetermined percentage (which, for example, in a range from 1% to 5%, preferably 3%) corresponds to (compare equation (1) above).
  • a device for charging an energy store of a vehicle via an external charging device comprises control means, a voltmeter and a current regulator. With the help of the voltmeter, a voltage provided by the charging device at a connection of the vehicle is measured. A charging current, which is generated by the charging device and charges the energy store, is set as a function of the measured voltage by means of the control means and the current regulator in such a way that a power loss, in particular within the charging device, is limited during charging.
  • a further device for charging an energy store of a vehicle comprises control means and a current regulator.
  • This further device comprises control means and a current regulator.
  • a power loss in particular of the charging device, is determined when charging the energy store.
  • a charging current is set when charging the energy store as a function of this power loss.
  • the advantages of the device according to the invention and the further device essentially correspond to the advantages of the method according to the invention and of the further method, which are detailed beforehand, so that a repetition is dispensed with here.
  • a vehicle which comprises a device according to the invention.
  • the present invention is particularly suitable for electric vehicles or hybrid vehicles for safe and dynamic charging of a high-voltage energy store.
  • this invention is not restricted to this preferred field of application, since the present invention can also be used, for example, in ships, aircraft and rail-bound or track-guided vehicles.
  • the present invention is at least in principle also suitable for charging an energy store which is located in a stationary device.
  • Figures 1 and 2 each represent a voltage curve and a current curve when charging an energy store, according to a variant according to the invention.
  • FIG. 3 shows a vehicle according to the invention with a device according to the invention.
  • a current curve I and a voltage curve U are shown over time t when charging an energy store according to the invention.
  • a line via which the energy storage device is electrically charged is unloaded, so that a no-load voltage of 230 V is measured at a corresponding connection on the vehicle, while the charging current is 0 A.
  • the measured value of the open-circuit voltage is stored in the vehicle.
  • the charging current I is increased to a maximum value, which means that the voltage U measured at the connection drops accordingly.
  • the charging current is kept constant, so that the voltage U measured at the connection also remains constant.
  • the charging current I is reduced, as a result of which the voltage U measured at the connection rises again.
  • the power loss is calculated and evaluated based on the voltage U measured at the connection and based on the charging current I set.
  • the charging current I is further reduced during the sixth time interval 6, whereby the voltage U measured at the connection increases, but the power loss is nevertheless reduced.
  • the power loss is calculated and evaluated on the basis of the voltage U measured at the connection and on the basis of the charging current I. Since the power loss in this exemplary charging process is viewed as too great, the charging current I is switched off at the end of the seventh time interval 7, which again results in an open-circuit voltage of 230 V.
  • a current curve I and a voltage curve U over time t in charging according to the invention according to another variant are also shown. Similar to the in Fig. 1 In the variant shown, the line is unloaded at the beginning of the charging process during the time interval 11, so that the idle voltage 230 V is applied to the connection of the vehicle and can be measured while there is no charging current. In the following time interval 12, a charging current pulse 16 is generated, which results in a corresponding pulse-shaped voltage drop.
  • a line resistance can be determined on the basis of properties of the pulse-shaped voltage dip together with properties of the charging current pulse 16, with the aid of this line resistance then being able to set the power loss to an optimal value or the charging current to a maximum possible value.
  • the line resistance includes a resistance of the alternating current line of the charging current and contact resistances of plugs and coupling points.
  • the charging current I is increased to this calculated maximum value, as a result of which the voltage U measured at the connection drops accordingly.
  • the voltage difference dU by which the no-load voltage drops, corresponds to almost exactly 3%.
  • the charging current I is held at this value, so that the voltage U also remains constant. The charging process is continued in time interval 15.
  • FIG. 3 an external charging device 30 is shown together with a vehicle 10 according to the invention connected to this device 30.
  • the vehicle 10 comprises a device 20 according to the invention, a connection 22 for connection to the charging device 30 and a high-voltage energy store 21.
  • the device 20 according to the invention in turn comprises control means 23, a voltmeter 24 and a current regulator 25.
  • the device 20 measures a voltage applied to the connection 22.
  • a charging current which is generated by the charging device 30 and with which the energy store 21 is charged, is set as a function of this measured voltage with the aid of the current regulator 25 in such a way that the power loss in particular of the charging device 30 during charging is limited or set to an optimal value .

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um einen Energiespeicher eines Fahrzeugs über eine von extern zugeführte Spannung zu laden.
  • Die US 2011/163716 A1 beschreibt ein Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie und einer Batterieladeeinrichtung. Wenn die Batterieladeeinrichtung mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden ist, stellt die Batterieladeeinrichtung der Traktionsbatterie einen Strom mit einem Sollwert zur Verfügung, der abhängig von der Temperatur der Batterieladeeinrichtung variiert. Dabei kann die Batterieladeeinrichtung einen Sollwert für eine Ausgangsspannung und für einen Ausgangsstrom steuern. Darüber hinaus kann die Batterieladeeinrichtung bestimmen, ob ihr aktueller Ladezustand gleich einem Zielladezustand ist.
  • Die EP 2 309 617 A1 offenbart ein Ladesystem für ein Fahrzeug, um eine Energiespeichervorrichtung des Fahrzeugs mit einer von einer externen Energiequelle zugeführten Energie zu laden. Dabei wird der Ladevorgang der Energiespeichervorrichtung abhängig von einer Spannung und einem Strom der externen Energiequelle gesteuert.
  • Die CA 2 648 972 A1 beschreibt ein Laden einer Batterie eines Fahrzeugs mittels einer externen Ladeeinrichtung. Dabei kann ein Umfang eines Stroms und/oder einer Energie, der bzw die der Batterie zugeführt wird, gesteuert werden, indem eine Spannung geändert wird.
  • Gemäß der DE 195 21 962 A1 wird ein Ladevorgang einer Batterie für ein Elektrofahrzeug gesteuert, indem ein Ladevorgang-Beendigungssignal erzeugt wird, wenn ein Spannungsabfall der Batteriespannung unter eine vorgegebene Spannung auftritt.
  • Die US 2008/0007202 A1 beschreibt ein Ladesystem für ein Fahrzeug, bei welchem der Beginn der Ladezeit und die Ladezeit bestimmt werden.
  • Die US 2004/0169489 A1 beschreibt das Laden von Batterien. Dabei wird eine Leerlauf-Spannung gemessen, um ein Leistungsniveau zum Laden zu bestimmen. Dieses Leistungsniveau wird erhöht, bis eine Strom- oder Spannungsgrenze überschritten wird.
  • Die DE 10 2005 011 081 A1 beschreibt ein Verfahren, um zu erkennen, ob eine externe Spannung an einem Akkumulator anliegt, wozu in Zeitabständen die Akkumulatorspannung vom Ausgang des Akkumulators getrennt wird.
  • Die DE 35 28 476 A1 offenbart das Laden einer Traktionsbatterie. Um eine Ladekennlinie zu befolgen, werden dabei Ladestrom und Ladespannung gemessen.
  • Wenn ein Fahrer eines Elektrofahrzeugs eine Hochvolt-Batterie seines Fahrzeugs an einer ihm fremden Ladeeinrichtung lädt, muss der Fahrer den Ladestrom begrenzen, um eine Beschädigung der Ladeeinrichtung z.B. aufgrund einer zu hohen Wärmeentwicklung während des Ladevorgangs zu vermeiden. Wenn der Fahrer ein Ladestrommaximum, welches den maximalen von der Ladeeinrichtung zu erzeugenden Ladestrom definiert, nicht in Erfahrung bringen kann, muss der Fahrer aus Sicherheitsgründen das Fahrzeug mit einem möglichst geringen Ladestrom laden, wodurch sich nachteiligerweise der Ladevorgang entsprechend verlängert.
  • Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, den Ladevorgang auch mittels einer unbekannten fremden Ladeeinrichtung in möglichst geringer Zeit durchzuführen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, durch eine Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs nach Anspruch 6 oder durch ein Fahrzeug nach Anspruch 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs über eine Ladeeinrichtung bereitgestellt. Dabei wird eine von der Ladeeinrichtung bereitgestellte Spannung, insbesondere eine Wechselspannung, an einem Anschluss des Fahrzeugs gemessen. Ein Ladestrom, welcher von der Ladeeinrichtung bereitgestellt wird und mit welchem der Energiespeicher geladen wird, wird abhängig von der gemessenen Spannung derart eingestellt, dass die Verlustleistung beim Laden beschränkt wird.
  • Indem die Verlustleistung beim Laden beschränkt wird, wird beispielsweise auch die Wärmeentwicklung aufgrund der Verlustleistung bei der Ladeeinrichtung oder im Fahrzeug entsprechend beschränkt. Wenn beispielsweise ein Schwellenwert für die Verlustleistung entsprechend gesetzt wird, und der Ladestrom derart eingestellt wird, dass die Verlustleistung beim Laden unter diesem Schwellenwert bleibt, kann die Wärmeentwicklung entsprechend beschränkt werden, wodurch bei geeigneter Wahl des Schwellenwerts vorteilhafterweise eine Beschädigung der Ladeeinrichtung oder des Fahrzeugs vermieden wird und dennoch ein entsprechend großer Ladestrom (abhängig von dem Schwellenwert) erzeugt wird, um den Energiespeicher in angemessener Zeit zu laden.
  • Unter einer Ladeeinrichtung wird dabei eine Einrichtung verstanden, welche dem Fahrzeug eine Spannung zur Verfügung stellt. Dabei kann es sich auch um eine normale Steckdose handeln.
  • Dabei wird die Spannung an dem Anschluss in einem unbelasteten Zustand der Ladeeinrichtung als Ruhespannung gemessen. Beim Laden des Energiespeichers wird die aktuell an dem Anschluss anliegende Spannung, welche sich abhängig von dem Ladestrom einstellt, gemessen. Anschließend wird eine Differenz aus der Ruhespannung und der aktuell an dem Anschluss gemessenen Spannung bestimmt und der Ladestrom abhängig von dieser Differenz geregelt oder eingestellt.
  • Der unbelastete Zustand der Ladeeinrichtung liegt dabei dann vor, wenn der Ladestrom gleich Null ist. Die Verlustleistung, welche sich aufgrund des Ladens bei der Ladeeinrichtung und/oder im Fahrzeug ergibt, hängt von dem Produkt aus der Differenz (Spannungsdifferenz) und dem Ladestrom ab. Indem diese Differenz durch eine entsprechende Regelung oder Einstellung des Ladestroms entsprechend gering gehalten wird, wird demnach auch die Verlustleistung bei der Ladeeinrichtung entsprechend gering gehalten.
  • Die Messung der Ruhespannung, d.h. die Messung der Spannung an dem Anschluss des Fahrzeugs im unbelasteten Zustand, kann in vorbestimmten zeitlichen Abständen wiederholt werden, um Schwankungen der von der Ladeeinrichtung bereitgestellten Spannung berücksichtigen zu können.
  • Indem die Messung der Ruhespannung in zeitlichen Abständen wiederholt wird, werden Spannungsschwankungen der Ladeeinrichtung bei der Regelung des Ladestroms vorteilhafterweise derart berücksichtigt, dass trotz dieser Spannungsschwankungen die Verlustleistung auf ein Optimum geregelt oder zumindest unter einem Schwellenwert gehalten werden kann.
  • Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verhältnis V aus der Differenz dU der Ruhespannung UR und der aktuell an dem Anschluss gemessenen Spannung U zu der Ruhespannung UR gemäß folgender Gleichung (1) bestimmt. V = dU U R = U R − U U R
    Figure imgb0001
  • Dabei wird der Ladestrom derart eingestellt, dass dieses Verhältnis V in einem Bereich von 1 % bis 5 %, am besten bei 3 % gehalten wird. Dabei gilt, dass die Differenz aus der Ruhespannung und der aktuell an dem Anschluss gemessenen Spannung umso größer ist, umso größer der Ladestrom eingestellt wird.
  • Wenn das Verhältnis V bei einem bestimmten Prozentsatz gehalten wird, bedeutet dies, dass die an dem Anschluss aktuell gemessene Spannung gegenüber der Ruhespannung um diesen Prozentsatz eingebrochen ist. Laut der VDE-Norm 0100 ist beispielsweise der Prozentsatz von 3 % gerade noch als ein zulässiger Spannungseinbruch definiert.
  • Wenn die an dem Anschluss gemessene Spannung unter einen vorbestimmten Spannungsschwellenwert fällt, wird insbesondere der Ladestrom auf 0 abgeregelt bzw. der Ladevorgang unterbrochen.
  • Dadurch ist sichergestellt, dass das Laden sofort beendet wird, wenn die Wechselspannung an dem Anschluss beim Laden zu stark absinkt, wodurch ein Überhitzen der Einrichtung beim Laden ausgeschlossen ist. Der vorbestimmte Spannungsschwellenwert kann dabei beispielsweise derart gewählt werden, dass er in einem Bereich von 90 % bis 95 % der Ruhespannung liegt. Falls dieser Fall auftritt, dass die gemessene Spannung unter den Spannungsschwellenwert fällt und der Ladevorgang unterbrochen wird, kann z.B. der Fahrer darüber informiert werden.
  • Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Ladestrompuls erzeugt und während der Erzeugung dieses Ladestrompulses ein zeitlicher Verlauf der Spannung an dem Anschluss erfasst. Abhängig von dem Verlauf dieser Spannung und abhängig von Eigenschaften dieses Ladestrompulses (z.B. Maximalwert, zeitliche Dauer) kann dann ein Leitungswiderstand insbesondere innerhalb der Ladeeinrichtung bestimmt werden. Der Ladestrom wird dann abhängig von diesem derart ermittelten Leitungswiderstand derart eingestellt, dass die Verlustleistung innerhalb der Ladeeinrichtung auf ein Optimum geregelt wird.
  • Beispielsweise kann ein Widerstand R mit folgender Gleichung (2) berechnet werden. R = dU I
    Figure imgb0002
  • Dabei entspricht I der Amplitude des Strompulses und dU ist die (maximale) Spannungsdifferenz, welche aufgrund des erzeugten Strompulses auftritt.
  • Der errechnete Widerstand R wird dann mit einem Standardwiderstandswert SR verglichen, welcher mit folgender Gleichung (3) berechnet werden kann. SR = ρ × l A
    Figure imgb0003
  • Dabei ist p der spezifische Widerstand (Einheit [Ωmm2/m]), l die Leitungslänge und A der Leitungsquerschnitt eines Ladungskabels, über welches der Energiespeicher geladen wird.
  • Der errechnete Widerstand wird mit dem Standardwiderstand verglichen und der Ladestrom abhängig von diesem Vergleich eingestellt. Insbesondere sollte der Ladestrom derart eingestellt werden, dass der errechnete Widerstand multipliziert mit einem vorbestimmten Faktor (z.B. 1,01 bis 1,4) nicht größer der Standardwiderstand ist (z.B. wenn die Amplitude des Ladestroms der Amplitude des Strompulses entspricht).
  • Es wird wird auch ein weiteres Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs bereitgestellt. Gemäß diesem Verfahren wird die Verlustleistung beim Laden des Energiespeichers bestimmt und der Ladestrom beim Laden des Energiespeichers in Abhängigkeit von dieser Verlustleistung eingestellt.
  • Auch dieses weitere Verfahren ermöglicht es, den Ladestrom derart einzustellen, dass die Verlustleistung innerhalb der Ladeeinrichtung auf ein Optimum geregelt wird.
  • Die Verlustleistung innerhalb der Ladeeinrichtung auf ein Optimum zu regeln, bedeutet im Rahmen dieser Erfindung insbesondere, dass die Verlustleistung derart eingestellt wird, dass ein Spannungseinbruch der von der Ladeeinrichtung an dem Anschluss des Fahrzeugs bereitgestellten Spannung möglichst genau einem vorbestimmten Prozentsatz (welcher beispielsweise in einem Bereich von 1 % bis 5 %, am besten bei 3 %, liegt) entspricht (vergleiche Gleichung (1) oben).
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs über eine externe Ladeeinrichtung bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst Steuermittel, einen Spannungsmesser und einen Stromregler. Mit Hilfe des Spannungsmessers wird eine von der Ladeeinrichtung an einem Anschluss des Fahrzeugs bereitgestellte Spannung gemessen. Ein Ladestrom, welcher von der Ladeeinrichtung erzeugt wird und den Energiespeicher lädt, wird abhängig von der gemessenen Spannung mittels der Steuermittel und des Stromreglers derart eingestellt, dass eine Verlustleistung insbesondere innerhalb der Ladeeinrichtung beim Laden beschränkt wird.
  • Es wird wird auch eine weitere Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs bereitgestellt. Diese weitere Vorrichtung umfasst Steuermittel und einen Stromregler. Mit Hilfe der Steuermittel wird beim Laden des Energiespeichers eine Verlustleistung insbesondere der Ladeeinrichtung bestimmt. Mit Hilfe der Steuermittel und des Stromreglers wird ein Ladestrom beim Laden des Energiespeichers in Abhängigkeit von dieser Verlustleistung eingestellt.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der weiteren Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des weiteren Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
  • Die vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile auf:
    • Die Erfindung ermöglicht eine aktive Überwachung der Wechselspannung an dem Anschluss des Fahrzeugs beim Ladevorgang, so dass beispielsweise bei einem zu starken Spannungseinbruch der Ladevorgang sofort abgebrochen werden kann.
    • Die Erfindung ermöglicht eine aktive Überwachung der Verlustleistung beim laden, so dass beispielsweise eine zu hohe Verlustleistung vermieden wird.
    • Die vorliegende Erfindung bietet einen aktiven Schutz gegenüber einer Überhitzung von Anschlusssteckern oder der Infrastruktur, indem die Verlustleistung entsprechend beschränkt wird.
    • Die vorliegende Erfindung ist auch direkt im Fahrzeug einsetzbar, um Fahrzeugkomponenten und Fahrzeugstecker zu überprüfen, indem beim Ladevorgang der Spannungsverlauf überwacht wird und ein zu großer Spannungseinbruch als defekte Fahrzeugkomponente oder defekter Fahrzeugstecker diagnostiziert wird.
  • Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge zum sicheren und dynamischen Laden eines Hochvolt-Energiespeichers geeignet. Selbstverständlich ist diese Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, da die vorliegende Erfindung beispielsweise auch bei Schiffen, Flugzeugen sowie gleisgebundenen oder spurgeführten Fahrzeugen einsetzbar ist. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung zumindest prinzipiell auch zum Laden eines Energiespeichers geeignet, welcher sich in einer stationären Einrichtung befindet.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von erfindungsgemäßen Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
  • Figuren 1 und 2 stellen jeweils gemäß einer erfindungsgemäßen Variante einen Spannungsverlauf und einen Stromverlauf beim Laden eines Energiespeichers dar.
  • In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
  • In Fig. 1 sind ein Stromverlauf I und ein Spannungsverlauf U über der Zeit t bei einem erfindungsgemäßen Laden eines Energiespeichers abgebildet. Zu Beginn des Ladevorgangs während des Zeitintervalls 1 ist eine Leitung, über welche der Energiespeicher elektrisch geladen wird, unbelastet, so dass an einem entsprechenden Anschluss des Fahrzeugs eine Ruhespannung von 230 V gemessen wird, während der Ladestrom 0 A beträgt. Der gemessene Wert der Ruhespannung wird im Fahrzeug gespeichert. In dem zweiten Zeitinterval 2 wird der Ladestrom I auf einen Maximalwert erhöht, was dazu führt, dass die an dem Anschluss gemessene Spannung U entsprechend absinkt. In dem dritten Zeitinterval 3 wird der Ladestrom konstant gehalten, so dass auch die an dem Anschluss gemessene Spannung U konstant bleibt. In dem vierten Zeitinterval 4 wird der Ladestrom I reduziert, wodurch die an dem Anschluss gemessene Spannung U wieder ansteigt. Während des fünften Zeitintervalls 5 wird anhand der an dem Anschluss gemessenen Spannung U und anhand des eingestellten Ladestroms I die Verlustleistung errechnet und bewertet. Um die Verlustleistung zu senken, wird während des sechsten Zeitintervalls 6 der Ladestrom I weiter reduziert, wodurch sich zwar die an dem Anschluss gemessene Spannung U erhöht, aber dennoch die Verlustleistung reduziert wird. Ähnlich wie in dem fünften Zeitinterval 5 wird während des siebten Zeitintervalls 7 die Verlustleistung anhand der an dem Anschluss gemessenen Spannung U und anhand des Ladestroms I errechnet und bewertet. Da die Verlustleistung bei diesem beispielhaften Ladevorgang als zu groß angesehen wird, wird der Ladestrom I am Ende des siebten Zeitintervalls 7 abgeschaltet, wodurch sich wieder Ruhespannung von 230 V ergibt.
  • In Fig. 2 sind ebenfalls ein Stromverlauf I und ein Spannungsverlauf U über der Zeit t bei einem erfindungsgemäßen Laden gemäß einer anderen Variante dargestellt. Ähnlich wie bei der in Fig. 1 dargestellten Variante ist die Leitung zu Beginn des Ladevorgangs während des Zeitintervalls 11 unbelastet, so dass an dem Anschluss des Fahrzeugs die Ruhespannung 230 V anliegt und gemessen werden kann während kein Ladestrom vorhanden ist. Im folgenden Zeitinterval 12 wird ein Ladestrompuls 16 erzeugt, durch welchen sich ein entsprechender pulsförmiger Spannungseinbruch ergibt. Anhand von Eigenschaften des pulsförmigen Spannungseinbruchs zusammen mit Eigenschaften des Ladestrompulses 16 kann ein Leitungswiderstand bestimmt werden, wobei mit Hilfe dieses Leitungswiderstands anschließend die Verlustleistung auf einen optimalen bzw. der Ladestrom auf einen maximal möglichen Wert eingestellt werden kann. Der Leitungswiderstand umfasst dabei einen Widerstand der Wechselstromleitung des Ladestroms sowie Übergangswiderstände von Steckern und Koppelstellen. Im folgenden Zeitinterval 13 wird der Ladestrom I auf diesen berechneten Maximalwert erhöht, wodurch die an dem Anschluss gemessene Spannung U entsprechend absinkt. Die Spannungsdifferenz dU, um welche die Ruhespannung dabei absinkt, entspricht nahezu genau 3 %. Im folgenden Zeitinterval 14 wird der Ladestrom I auf diesem Wert gehalten, so dass auch die Spannung U konstant bleibt. Im Zeitinterval 15 wird der Ladevorgang fortgesetzt.
  • In Fig. 3 ist eine externe Ladeeinrichtung 30 zusammen mit einem an dieser Einrichtung 30 angeschlossenen erfindungsgemäßen Fahrzeug 10 dargestellt. Das Fahrzeug 10 umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20, einen Anschluss 22 zum Anschließen an die Ladeeinrichtung 30 und einen Hochvolt-Energiespeicher 21. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 20 umfasst ihrerseits Steuermittel 23, einen Spannungsmesser 24 und einen Stromregler 25.
  • Mit Hilfe des Spannungsmessers 24 misst die Vorrichtung 20 eine an dem Anschluss 22 anliegende Spannung. Ein Ladestrom, welcher von der Ladeeinrichtung 30 erzeugt wird und mit welchem der Energiespeicher 21 geladen wird, wird abhängig von dieser gemessenen Spannung mit Hilfe des Stromreglers 25 derart eingestellt, dass die Verlustleistung insbesondere der Ladeeinrichtung 30 beim Laden beschränkt oder auf einen optimalen Wert eingestellt wird.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Laden eines Energiespeichers (21) eines Fahrzeugs (10) über eine Ladeeinrichtung (30),
    wobei eine von der Ladeeinrichtung (30) bereitgestellte Spannung (U) an einem Anschluss (22) des Fahrzeugs (10) gemessen wird,
    wobei ein Ladestrom (l), welcher von der Ladeeinrichtung (30) bereitgestellt wird und den Energiespeicher (21) lädt, abhängig von der Spannung (U) auf ein Optimum geregelt wird, um die Verlustleistung, welche sich aufgrund des Ladens bei der Ladeeinrichtung (30) und/oder im Fahrzeug (10) ergibt, beim Laden zu beschränken, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung (U) an dem Anschluss (22) des Fahrzeugs (10) im unbelasteten Zustand der Ladeeinrichtung (30) als Ruhespannung gemessen wird, wobei im unbelasteten Zustand der Ladeeinrichtung (30) der Ladestrom (l) gleich Null ist, wobei der Ladestrom (l) beim Laden abhängig von einer Differenz (dU) aus der Ruhespannung und der beim Laden aktuell an dem Anschluss (22) des Fahrzeugs (10) gemessenen Spannung (U) geregelt wird, und
    wobei der Ladestrom (l) beim Laden geregelt wird, um ein Verhältnis aus der Differenz (dU) und der Ruhespannung in einem Bereich von 1% bis 5% zu halten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Anschluss (22) gemessene Spannung eine Wechselspannung (U) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Ruhespannung in vorbestimmten zeitlichen Abständen wiederholt wird, um Schwankungen der von der Ladeeinrichtung (30) bereitgestellten Spannung (U) zu berücksichtigen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestrom (I) auf 0 geregelt wird, wenn die an dem Anschluss (22) gemessene Spannung (U) unterhalb eines vorbestimmten Spannungsschwellenwerts fällt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Strompuls (16) des Ladestroms (l) erzeugt wird,
    dass während der Strompuls (16) fließt ein Verlauf der Spannung (U) an dem Anschluss (22) erfasst wird,
    dass abhängig von dem Verlauf der Spannung (U) und dem Strompuls (16) ein Leitungswiderstand bestimmt wird, und
    dass der Ladestrom (l) abhängig von dem Leitungswiderstand geregelt wird.
  6. Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers (21) eines Fahrzeugs (10) über eine Ladeeinrichtung (30) mit dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Vorrichtung (20) Steuermittel (23), einen Spannungsmesser (24) und einen Stromregler (25) umfasst,
    wobei der Spannungsmesser (24) ausgestaltet ist, eine von der Ladeeinrichtung (30) bereitgestellte Spannung (U) an einem Anschluss (22) des Fahrzeugs (10) zu messen,
    wobei die Steuermittel (23) und der Stromregler (25) ausgestaltet sind, um einen Ladestrom (l), welcher von der Ladeeinrichtung (30) bereitgestellt wird und den Energiespeicher (21) lädt, abhängig von der gemessenen Spannung (U) auf ein Optimum zu regeln, um eine Verlustleistung, welche sich aufgrund des Ladens bei der Ladeeinrichtung (30) nd/oder im Fahrzeug (10) ergibt, beim Laden zu beschränken, dadurch gekennzeichnet, die Vorrichtung (20) ausgestaltet ist, um die Spannung (U) an dem Anschluss (22) des Fahrzeugs (10) im unbelasteten Zustand der Ladeeinrichtung (30) als Ruhespannung zu messen, wobei im unbelasteten Zustand der Ladeeinrichtung (30) der Ladestrom (l) gleich Null ist, und um den Ladestrom (l) beim Laden abhängig von einer Differenz (dU)
    aus der Ruhespannung und der beim Laden aktuell an dem Anschluss (22) des Fahrzeugs (10) gemessenen Spannung (U) zu regeln, und
    wobei die Vorrichtung (20) ausgestaltet ist, um den Ladestrom (l) beim Laden derart zu regeln, dass ein
    Verhältnis aus der Differenz (dU) und der Ruhespannung in einem Bereich von 1% bis 5% gehalten wird.
  7. Fahreugmit einer Vorrichtung (20) nach Anspruch 6
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